CN117219591A - 一种半导体电路的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体电路封装技术领域，特别是一种半导体电路的封装结构，包括半导体电路的封装件和一体成型的散热器；封装件的顶面不封装，封装件的顶面固定于散热器的底面，散热器的顶部设有多个散热片，散热器的底部侧缘至少设有四个支撑柱，支撑柱的底部固定于电控板，封装件悬空于电控板的上方，封装件的引脚延伸至电控板的焊接孔；从而降低电路设计难度，简化安装部件和工序，提高散热效率。

Description

一种半导体电路的封装结构

技术领域

本发明涉及半导体电路封装技术领域，特别是一种半导体电路的封装结构。

背景技术

封装为半导体产业核心一环，封装的四大目的为保护芯片、支撑芯片及外形、将芯片的电极和外界的电路连通、增强导热性能作用，实现规格标准化且便于将芯片的I/O端口连接到部件级(系统级)的印制电路板(PCB)、玻璃基板等材料上，以实现电路连接，确保电路正常工作。

而目前半导体电路的封装结构大都直接采用环氧树脂将芯片电路简单包裹封装，然后将封装件底面放置在PCB板的焊盘位上对引脚进行焊接，顶面装设散热器。

但是在封装件和散热器进行配合安装时，需要封装件配合散热器开设安装固定位(比如螺钉孔)，然后通过固定件(比如螺钉)将封装件固定在散热器上。这样一来增加了半导体电路的设计难度，需要多方面考量电路走线及元器件布局以绕开安装固定位；二来在半导体电路制造时增加了开槽工序以及在封装件和散热器安装过程中增加了数道安装工序；且封装件的环氧树脂封装层被固定件压紧于安装固定位上还有可能造成崩边风险，致使封装破损。

更重要的是，当半导体电路应用于具有制冷功能的电控板中时，电控板会存在冷凝水现象，由于封装件底面贴合在PCB板的焊盘位上，冷凝水会有渗透环氧树脂封装层进入内部半导体电路导致短路的风险；而目前的处理方式只是简单地增加支架抬高封装件及其顶面的散热器，延长引脚，无形之中又增加了一个安装部件及安装工序；且由于封装件底面贴合在PCB板的焊盘位上只能通过散热器对封装件进行散热，散热效率达不到最理想状态。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种半导体电路的封装结构，降低电路设计难度，简化安装部件和工序，提高散热效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种半导体电路的封装结构，包括半导体电路的封装件和一体成型的散热器；所述封装件的顶面不封装，所述封装件的顶面固定于所述散热器的底面，所述散热器的顶部设有多个散热片，所述散热器的底部侧缘至少设有四个支撑柱，所述支撑柱的底部固定于电控板，所述封装件悬空于所述电控板的上方，所述封装件的引脚延伸至所述电控板的焊接孔。

进一步的，所述封装件包括基板、封装层、绝缘层、铜箔层、保护层和搭设于所述保护层的元器件；所述封装层包裹所述绝缘层、所述铜箔层、所述保护层、所述元器件和所述基板的底部；

所述基板的顶部侧缘设有固定槽，所述散热器的底部设有固定件，所述固定槽和所述固定件配合将所述基板的顶部固定于所述散热器的底部，且所述基板的顶面与所述散热器的底面贴合。

进一步的，所述基板的底部、所述绝缘层、所述铜箔层和所述保护层的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面不为平面。

进一步的，所述固定槽分别设置于所述基板的顶部两相对侧缘，所述固定槽为圆弧凹槽；

所述固定件包括圆弧凸条，所述圆弧凸条设置于所述散热器的底部的内侧并和固定槽相对，所述圆弧凸条和为圆弧凹槽的所述固定槽互相扣合。

进一步的，所述固定槽设置于所述基板的顶部的两条相对长边；

所述固定件还包括两个限位块；所述圆弧凸条设置于所述散热器的底部的两条相对长边，两个所述限位块分别设置于所述散热器的底部的两条相对短边，所述限位块向下凸出，所述基板的顶部的两条相对短边分别和对应的所述限位块相抵；

所述圆弧凸条和所述限位块之间存在间隔。

进一步的，所述基板的底部、所述绝缘层、所述铜箔层和所述保护层的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面的竖截面为锯齿状。

进一步的，所述电控板对应所述支撑柱开设通孔，所述支撑柱的底端设有斜坡面，所述支撑柱在所述斜坡面之上设有固定开口，所述固定开口根据所述电控板厚度开设；

所述斜坡面可滑动穿过所述通孔，使所述固定开口进入所述通孔与所述电控板卡扣固定。

进一步的，所述基板采用导热性能良好的金属材料。

进一步的，所述限位块的竖截面为直角梯形，所述直角梯形的直角腰与所述散热器的底部的短边相抵。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：作为半导体电路整个内部电路的载体且对整个半导体电路起到散热作用的封装件的顶面不封装，使得封装件内部的半导体电路可在封装件的顶面固定于散热器的底面时，直接进行散热传导，将封装件内部产生的热量快速通过顶面往散热器顶部的散热片散热，由散热片通过表面的各种热交换途径或与风扇配合进行强制对流将热量散失到空气之中；随后通过在散热器的底部侧缘至少设四个支撑柱，构成平衡且稳固的支撑结构，将支撑柱的底部固定于电控板时可对整个散热器及固定于散热器上的封装件起到支撑和固定作用，并使封装件和电控板之间存在间隔可有效防止电控板应用于制冷环境中时，不会被凝聚的冷凝水浸泡造成封装件内部的半导体电路短路，且由于封装件被散热器架起，整个封装件都被充分暴露在空气中，其底部和四周均可与空气进行热交换带走一定的热量，再加上其顶面可直接由散热器进行热交换，当采用风扇进行散热时几乎可以对整个封装件进行强制对流，大大提高了封装件的冷却效率；此时只要将封装件的引脚延伸至电控板的焊接孔焊接后即可实现与电控板电连接，完成封装件的安装。

更重要的是，散热器采用同种导热材料一体成型，封装件固定在散热器底面时，既使支撑柱紧挨的情况下也不造成散热阻碍。更重要的是，一体成型的散热器和封装件的封装设计大大减少了安装工序和安装部件，还避免了封装件额外开设安装固定位，降低半导体电路设计难度及元器件布局难度。

附图说明

图1是本发明的其中一个实施例的一种半导体电路的封装结构的结构示意图。

图2是如图1所示的一种半导体电路的封装结构的横截面。

图3是如图1所示的封装件的结构示意图。

图4是如图3所示的封装件的横截面。

图5是如图1所示的散热器的结构示意图。

图6是如图5所示的散热器的局部放大图。

图7是如图5所示的散热器的横截面图。

其中：封装件1，散热器2，电控板3，支撑柱21，固定件22，散热片23，基板11，封装层12，引脚13，绝缘层14，铜箔层15，保护层16，固定槽111，圆弧凸条221，限位块222，固定开口211，斜坡面212。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

下面结合图1至图7，描述本发明实施例的一种半导体电路的封装结构。

一种半导体电路的封装结构，包括半导体电路的封装件1和一体成型的散热器2；封装件1的顶面不封装，封装件1的顶面固定于散热器2的底面，散热器2的顶部设有多个散热片23，散热器2的底部侧缘至少设有四个支撑柱21，支撑柱21的底部固定于电控板3，封装件1悬空于电控板3的上方，封装件1的引脚13延伸至电控板3的焊接孔。

本发明提出一种半导体电路的封装结构的优选实施例中，如图1和图2所示，作为半导体电路整个内部电路的载体且对整个半导体电路起到散热作用的封装件1的顶面不封装，使得封装件1内部的半导体电路可在封装件1的顶面固定于散热器2的底面时，直接进行散热传导，将封装件1内部产生的热量快速通过顶面往散热器2顶部的散热片23散热，由散热片23通过表面的各种热交换途径或与风扇配合进行强制对流将热量散失到空气之中；随后通过在散热器2的底部侧缘至少设四个支撑柱21，构成平衡且稳固的支撑结构，将支撑柱21的底部固定于电控板3时可对整个散热器2及固定于散热器2上的封装件1起到支撑和固定作用，并使封装件1和电控板3之间存在间隔，使封装件1悬空于电控板3的上方，可有效防止电控板3应用于制冷环境中时，不会被凝聚的冷凝水浸泡造成封装件1内部的半导体电路短路，且由于封装件1被散热器2架起，整个封装件1都被充分暴露在空气中，其底部和四周均可与空气进行热交换带走一定的热量，再加上其顶面可直接由散热器2进行热交换，当采用风扇进行散热时几乎可以对整个封装件1进行强制对流，大大提高了封装件1的冷却效率；此时只要将封装件1的引脚延伸至电控板3的焊接孔焊接后即可实现与电控板3电连接，完成封装件1的安装。

更重要的是，散热器2采用同种导热材料一体成型，封装件1固定在散热器2底面时，既使支撑柱21紧挨的情况下也不造成散热阻碍。更重要的是，一体成型的散热器2和封装件1的封装设计大大减少了安装工序和安装部件，还避免了封装件1额外开设安装固定位，降低半导体电路设计难度及元器件布局难度。

进一步的，封装件1包括基板11、封装层12、绝缘层14、铜箔层15、保护层16和搭设于保护层16的元器件；封装层12包裹绝缘层14、铜箔层15、保护层16、元器件和基板11的底部；

基板11的顶部侧缘设有固定槽111，散热器2的底部设有固定件22，固定槽111和固定件22配合将基板11的顶部固定于散热器2的底部，且基板11的顶面与散热器2的底面贴合。

本实施例中，如图3和图4所示，封装件1的主要封装对象包括：作为半导体电路整个内部电路的载体且对整个半导体电路起到散热作用的基板11；防止电路布线层与基板11通电导致内部电路短路、漏电风险的绝缘层14；通过蚀刻形成所需电路的铜箔层15；防止上锡误差增加线路之间的耐压和防止因线路氧化或污染导致的短路，对线路起保护作用的保护层16；以及搭设于保护层16的元器件。其中绝缘层14、铜箔层15、保护层16、所有元器件均是需要被封装保护的重要部分，因此使用封装层12(一般采用环氧树脂)包裹所述绝缘层14、铜箔层15、保护层16和元器件，并包裹至基板11的底部，即可使封装层12与基板11合围形成一个封闭的空间进行保护，再露出基板11的顶部与外界接触从而搭建封装件1内部和外界直接散热的通道。

为使封装件1能被架起的同时尽量减少对内部的造成影响的改造，且使封装件1和散热器2之间的固定关系更为牢固，便于基板11的顶面与散热器2的底面更可靠地贴合进行热量传导，因此优选在基板11的顶部侧缘设置固定槽111，通过固定槽111和散热器2的底部的固定件22配合将基板11的顶部固定于散热器2的底部，使封装件1得以牢固地与散热器2实现槽式结合的一体化固定，可使基板11的顶面与散热器2的底面更可靠地贴合，更有利于热量传导。

进一步的，基板11的底部、绝缘层14、铜箔层15和保护层16的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面不为平面。

本实施例中，如图4所示，封装件1的架起和固定主要是通过基板11顶部的固定槽111和散热器2底部的固定件22配合实现的，而封装层12包裹的基板11的底部、绝缘层14、铜箔层15、保护层16及元器件在封装件1安装完成后，均会受到重力影响，为了防止封装层12因重力的原因导致封装不紧密，将基板11的底部、绝缘层14、铜箔层15和保护层16的侧缘拼合组成的侧面至少两个相对的侧面设为不是平面，使不平整的平面和封装层12的结合力进一步提高，并使封装层12两侧着力更稳定。

进一步的，固定槽111分别设置于基板11的顶部两相对侧缘，固定槽111为圆弧凹槽；

固定件22包括圆弧凸条221，圆弧凸条221设置于散热器2的底部的内侧并和固定槽111相对，圆弧凸条221和为圆弧凹槽的固定槽111互相扣合。

本实施例中，如图3至图7所示，为了使封装件1更牢固且平稳地与固定件22配合固定，两个固定槽111分别设置于基板11的顶部两相对侧缘，且固定槽111设为圆弧凹槽；然后在散热器2的底部的内侧对应固定槽111开设圆弧凸条221，使圆弧凸条221和圆弧凹槽可互相扣合，使基板11的整个顶部嵌入固定件22内且顶面和散热器2的底面贴合。更重要的是，扣合关系采用圆弧状，在安装工序时更容易滑入槽内进行扣合固定，提高安装效率。

进一步的，固定槽111设置于基板11的顶部的两条相对长边；

固定件22还包括两个限位块222；圆弧凸条221设置于散热器2的底部的两条相对长边，两个限位块222分别设置于散热器2的底部的两条相对短边，限位块222向下凸出，基板11的顶部的两条相对短边分别和对应的限位块222相抵；

圆弧凸条221和限位块222之间存在间隔。

本实施例中，使用槽式固定封装件1的基板11的顶部会使得基板11只能通过顶面往散热器2散热，其余裸露部分均处于固定件22内，无法与外界空气进行对流散热，并不是最优的散热方案；因此，优选仅在基板11的顶部的两条相对长边设置固定槽111，在散热器2的底部的两条相对长边设置圆弧凸条221，使它们相互扣合后即已形成牢固的长边固定关系，此时只需在位于散热器2的底部的两条相对短边分别设置限位块222与基板11的顶部的两条相对短边相抵，即可形成限位关系，从而封装件1固定在散热器2底部且不会移位，进而由于固定件22由圆弧凸条221和限位块222构成一种不密封的槽体，气流可通过圆弧凸条221和限位块222之间的间隔和固定于固定件22内的基板11进行对流，优化封装件1的散热。

进一步的，基板11的底部、绝缘层14、铜箔层15和保护层16的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面的竖截面为锯齿状。

本实施例中，如图4所示，为了优化基板11的底部、绝缘层14、铜箔层15和保护层16的侧缘拼合组成的侧面与封装层12结合力方案，将多个侧面中至少两个相对的侧面的竖截面设为锯齿状，使侧面和封装层12形成咬合关系，结合更为牢固。

进一步的，电控板3对应支撑柱21开设通孔，支撑柱21的底端设有斜坡面212，支撑柱21在斜坡面212之上设有固定开口211，固定开口211根据电控板3厚度开设；

斜坡面212可滑动穿过通孔，使固定开口211进入通孔与电控板3卡扣固定。

本实施例中，散热器2和电控板3的安装主要是通过卡扣固定的方式，并在支撑柱21的底端设有斜坡面212，使卡扣时更便捷，提高安装效率。

进一步的，基板11采用导热性能良好的金属材料。

本实施例中，由于基板11用作半导体电路整个内部电路的载体且对整个半导体电路起到散热作用，因此基板11需要同时兼具足够的机械强度和良好的导热性，因此基板11优选采用导热性能良好的金属材料制作。

进一步的，限位块222的竖截面为直角梯形，直角梯形的直角腰与散热器2的底部的短边相抵。

本实施例中，如图6所示，限位块222的竖截面为直角梯形，直角梯形的直角腰与散热器2的底部的短边相抵，可增大限位块222与短边接触面，将来自散热器2的底部的短边的力分散的同时通过长底边分散传导至散热器2，当封装件1频繁拆换时，限位件222不容易损坏。

根据本发明实施例的一种半导体电路的封装结构的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种半导体电路的封装结构，其特征在于：包括半导体电路的封装件和一体成型的散热器；所述封装件的顶面不封装，所述封装件的顶面固定于所述散热器的底面，所述散热器的顶部设有多个散热片，所述散热器的底部侧缘至少设有四个支撑柱，所述支撑柱的底部固定于电控板，所述封装件悬空于所述电控板的上方，所述封装件的引脚延伸至所述电控板的焊接孔。

2.根据权利要求1所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述封装件包括基板、封装层、绝缘层、铜箔层、保护层和搭设于所述保护层的元器件；所述封装层包裹所述绝缘层、所述铜箔层、所述保护层、所述元器件和所述基板的底部；

所述基板的顶部侧缘设有固定槽，所述散热器的底部设有固定件，所述固定槽和所述固定件配合将所述基板的顶部固定于所述散热器的底部，且所述基板的顶面与所述散热器的底面贴合。

3.根据权利要求2所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述基板的底部、所述绝缘层、所述铜箔层和所述保护层的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面不为平面。

4.根据权利要求2所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述固定槽分别设置于所述基板的顶部两相对侧缘，所述固定槽为圆弧凹槽；

所述固定件包括圆弧凸条，所述圆弧凸条设置于所述散热器的底部的内侧并和固定槽相对，所述圆弧凸条和为圆弧凹槽的所述固定槽互相扣合。

5.根据权利要求4所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述固定槽设置于所述基板的顶部的两条相对长边；

所述固定件还包括两个限位块；所述圆弧凸条设置于所述散热器的底部的两条相对长边，两个所述限位块分别设置于所述散热器的底部的两条相对短边，所述限位块向下凸出，所述基板的顶部的两条相对短边分别和对应的所述限位块相抵；

所述圆弧凸条和所述限位块之间存在间隔。

6.根据权利要求3所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述基板的底部、所述绝缘层、所述铜箔层和所述保护层的侧缘拼合组成的侧面中至少两个相对的侧面的竖截面为锯齿状。

7.根据权利要求1所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述电控板对应所述支撑柱开设通孔，所述支撑柱的底端设有斜坡面，所述支撑柱在所述斜坡面之上设有固定开口，所述固定开口根据所述电控板厚度开设；

所述斜坡面可滑动穿过所述通孔，使所述固定开口进入所述通孔与所述电控板卡扣固定。

8.根据权利要求1所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述基板采用导热性能良好的金属材料。

9.根据权利要求5所述的一种半导体电路的封装结构，其特征在于：所述限位块的竖截面为直角梯形，所述直角梯形的直角腰与所述散热器的底部的短边相抵。